車載勤務信息系統中央控制器設計探研

許國忠 李興利 劉東升

?

車載勤務信息系統中央控制器設計探研

許國忠 李興利 劉東升

該文通過對車載無線勤務設備的國內外現狀進行了分析，在大量基礎研究的基礎上進行探索，研制了一種能夠集中管理這些設備，并能同時控制執法勤務車上各種資源的“中央控制系統”設備，大力提升了無線勤務設備的信息化、智能化、集成化水平。

車載 勤務信息系統 中央控制器

1 車載勤務信息系統中央控制器開發的意義

隨著社會經濟的不斷發展，人們對執法勤務車輛的功能要求也越來越高。一些勤務車配備功能有警燈警報控制、多媒體設備、錄像設備、3G遠程傳輸、圖文屏、電臺、搜索燈、GPS導航、頻閃燈、收音機、指紋識別比對、證照識別、移動勤務辦公系統等。然而目前這些功能須由多個設備實現，每個設備又有各自的操作控制器。多種設備的使用必定帶來繁雜的設備操作。如：要開關多種執法設備，要頻頻切換各種警報警調，要呼叫電臺，要錄像，要遠程移動勤務辦公……筆者通過對車載無線勤務設備的國內外現狀進行了分析，在大量基礎研究的基礎上進行探索，研制了一種能夠集中管理這些設備，并能同時控制執法勤務車上各種資源的“中央控制系統”設備，有力提升了無線勤務設備的信息化、智能化、集成化水平。本文主要介紹一種車載勤務信息系統中央控制器的設計思路、功能。

2 中央控制器系統結構設計

車載勤務信息系統中央控制器包括中央控制主機、電源控制器、手咪、一體化警燈、電臺、天線（如圖1所示）。

圖1 中央控制器系統組成

中控主機：包括顯示屏、主控模塊、冗余模塊、音視頻處理模塊、電源、功放、收音機、接口控制、通訊模塊、證照讀卡模塊、指紋儀模塊、快捷按鍵等。

電源控制器：由中控主機控制整車勤務電子裝備供電。

手咪：實現電臺話咪功能、警燈/警報控制、喊話、近距離錄音、指紋儀等功能。

一體化警燈：實現警燈警報、錄像、屏顯等功能。

電臺：實現無線通訊。

天線：接收發送無線電信號。

3 系統功能設計

（1）電臺通信：無線MIC可控制車載電臺接受來電、呼叫、撥號控制。

（2）定位導航：支持3D地圖，報案中心導航。

（3）無線網絡：實現本車無線網絡，傳遞語音、控制信號、監控信號；無線MIC通過該網絡實時錄音、撥打電臺、喊話；可用于其它無線數據傳輸。

（4）數據存儲介質：一個加密TF卡，存儲加密數據、加密程序等（可選）；兩個SATA接口硬盤，一個電子盤存儲系統和重要數據；另一個物理硬盤存儲音視頻數據。

（5）電源控制：電源控制器供電能力大于1500W；電源控制器在汽車熄火狀態切斷所有輸入，漏電流小于3mA。

（6）多媒體功能：支持多種視頻文件格式播放，能解碼MPEG-2/4、H.263、H.264、WMV9、Divx、Xvid等視頻流；支持多種文件格式音頻播放。

（7）集成證照讀卡功能：證照讀卡功能集成到主機；實現證照讀卡功能；實現證照信息網絡驗證。

（8）集成指紋儀功能：指紋儀集成到主機；實現指紋身份驗證；指紋采集/對比。

（9）快捷鍵定義：左側按鍵：開道、警報、前警燈、頂警燈、搜索燈、裝備；右側按鍵：多媒體、勤務通、錄像、收音機、電臺、導航；右側旋鈕：中間按下開關主機靜音，旋轉調系統音量；左側旋鈕：中間按下一秒開關顯示器，旋轉調節外部設備音量；每個按鍵功能可通過軟件重新定義。

4 中央控制器主機內部架構設計

中控主機包括兩部分：觸摸式顯示屏和主機。顯示屏和主機可以一體安裝和分體安裝。分體安裝時距離可以達到1米。

主機分成三個主要功能模塊（圖2）：主控制模塊、音視頻處理模塊、冗余模塊。三個模塊可單獨上電，單獨工作，主控模塊負責定位導航、多媒體播放、安全上網、防病毒等功能（圖3）；音視頻處理模塊主要用于處理音視頻壓縮、打包、儲存、傳輸等。冗余模塊負責外部設備控制、電臺控制、倒車視頻控制，冗余模塊在汽車打火時啟動，負責開關主控制模塊和音視頻處理模塊、屏幕切換。

圖2 中央控制器中控主機功能架構圖

圖3 主控模塊結構示意圖

5 中央控制器主控模塊硬件設計

（1）主控CPU采用INTEL TUNNEL CTEEK處理器,主頻為600MHz~1.6GHz，內置多媒體加速器、視頻硬件壓縮/解壓縮、2D/3D圖像引擎、DDR2驅動等，內部結構如圖4。CPU功耗小于3瓦。

圖4 主控模塊內部結構圖

（2）芯片組采用INTEL Topcliff 芯片，為系統提供各種外部接口，接口如圖5。該芯片功耗小于1.7瓦。

圖5 主控模塊接口圖

（3）內存：1GB DDR2 內存，速度667/800MHz。

（4）串口2連接到GPS模塊，為系統提供定位信息。

（5）證照讀卡器模塊集成到主板，通過USB連接，并通過主板提供電源。

（6）主控CPU內置CAN總線接口，通過隔離電路，控制外部執法設備，連接汽車內部總線。

（7）串口1連接GPRS或CDMA通訊模塊，通過公網連到內網；或者通過USB連接3G通訊模塊，用于和內網網絡通訊，并可實時傳輸視頻數據。

（8）內網安全加密接入模塊通過USB連接到主控CPU，實現安全上網。

（9）主控CPU內置SDIO接口，實現SD卡和TF卡功能。

（10）主控CPU USB HOST接口連接到面板，用戶可以連接U盤、鼠標、鍵盤等外部設備。

（11）主控CPU提供SATA接口連接到硬盤，本設計選用8G/16G電子硬盤。和普通磁盤比，電子硬盤的好處有：①可以防止汽車抖動時損壞；②不會因為強磁場干擾丟失數據或損壞硬盤。

（12）主控模塊通過USB口連接到音視頻處理模塊，實現數據和控制信息交流。

（13）主控模塊顯示輸出通過顯示切換芯片連接到顯示屏。

（14）冗余模塊通過串口和主控模塊通訊。

（15）語音輸出CODEC芯片輸出語音信號，通過4路AB型功率放大器放大后，連接到汽車音響，每路功放最大可輸出45W功率。采用AB型功放，和B類、D類功放相比，有較好的音響效果；和A功放相比，有較低的功耗。

6 主控模塊軟件設計

6.1 開發平臺設計

車載中心控制系統內部軟件主要包括系統軟件（操作系統、驅動程序等）、通用應用軟件（如IE、視頻采集等）、車載專用軟件（如警燈警報控制等）、第三方軟件(如勤務通軟件)。

針對車載勤務電子裝備中央控制系統產品的特點，考慮到現有應用軟件大都采用WINDOWS XP系統，我們選擇Windows XP Embedded（本文中簡稱WINDOWS XPE）作為本系統的操作系統。現有的WINDOWS XP軟件都能在我們的WINDOWS XPE系統上運行。因此，該開發平臺具有開放性、通用性、易用性較好，界面友好，能夠運行的軟件豐富，軟件二次開發難度小，開發成本低等特點。

6.2 用戶編程環境設計

WINDOWS XPE基于與Windows XP相同的代碼，因此，可以借助開發桌面應用程序時所使用的應用程序開發環境。應用程序和驅動程序開發可以采用Microsoft Visual Studio綜合環境。根據開發便利性需要選擇編程語言，包括Microsoft Visual Basic、Visual C++、Visual J++和Visual FoxPro。驅動程序采用DDK開發工具開發。

6.3 軟件層次關系

WINDOWS XPE軟件模塊的層次關系如圖6所示。

WINDOWS內核：操作系統核心，負責設備管理、文件系統、進程調度、內存管理、網絡協議棧以及向應用程序提供服務等通用操作系統功能。它完成初始化后負責從文件系統裝載運行第一個應用程序，然后無限期進行進程調度。

設備驅動：設備驅動主要包括串口驅動、SD卡驅動、藍牙驅動、USB驅動、LCD驅動、GPS驅動、音視頻驅動、按鍵驅動、U/硬盤驅動、觸摸屏驅動和其它驅動。

圖6 軟件模塊的層次關系圖

API庫：它負責使用操作系統提供的系統調用等服務和設備驅動提供的設備文件接口，向應用程序提供更高層的邏輯功能的封裝。API接口將提供給勤務通應用軟件廠家二次開發勤務通應用軟件。

應用程序：根據業務類別分為三類：執法應用程序、基本應用程序、Internet服務程序。

（1）執法應用程序屬于專用勤務類的應用，主要包括：

執法電子設備控制：通過RS485或CAN總線接口，實施對警燈、警報、搜索燈、圖文顯示屏、升降式搜索照明設備、錄像監控設備等的控制；

執法電臺：滿足電臺寫頻，具有接受執法電臺來話、呼叫、撥號控制、常規/集群模式轉換、顯示信號強度、電話本等功能；

勤務通：依托公用移動通信網絡，使用便攜式終端，通過多媒體形式，實現安全的無線勤務溝通和傳遞；

證照驗證：通過證照驗證儀，有效識別居民證照真偽，獲取身份信息功能；

指紋比對：通過指紋儀掃描成像，訪問專網，進行指紋收集和匹配。

（2）基本應用程序指非勤務類的一些應用，主要包括：

系統配置：音量調節和電源監測，以及通用的系統設置等；

多媒體：通過警車音視頻信號接入，實現錄像取證、倒車影像、遠程圖像監控、可視電話等功能，采用本地存儲和無線上傳保存壓縮錄像圖；

定位導航：符合GA/T 493規范，接受GPS信號，為警車提供定位、導航數據，具備標注、路線存儲、路線下載、定位信息上報、語音提示、導航路線優化計算、地圖遠程下載自動升級等功能；

車輛監控：采集行車數據和胎壓監控；殺毒程序：控制軟件系統和信息的安全性；

軟件版本控制：顯示當前軟件模塊版本信息，實現軟件的無線升級服務。

Internet服務程序：主要指的是相應的互聯網通信服務。

車載警務信息系統中央控制器研究與開發是多功能無線警務信息處理設備，結構包括CPU主板、通信模塊、定位模塊、觸摸顯示模塊、指紋采集模塊、視頻采集模塊、身份證掃描模塊、電臺模塊等、實現警用電臺通信、警務通、GPS數據采集上傳、視頻監控數據采集監控等功能。

[1] 李成大. 操作系統——Linux篇[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[2] 陳向群, 等. Windows操作系統原理[M].北京：機械工業出版社，2004.

[3] 湯子瀛, 等. 計算機操作系統[M]. 西安：西安電子科技大學出版社，2001.

[4] Jim Beveridge, 等. Win32多線程程序設計[M]. 侯捷,譯. 武漢: 華中科技大學出版社，2002.

[5] 史蒂文斯, 等. UNIX環境高級編程[M]. 張亞英,等譯. 北京: 人民郵電出版社，2006.

[6] 宋寶華. Linux設備驅動開發詳解[M]. 北京: 人民郵電出版社，2010.

[7] 潘愛民. Windows內核原理與實現[M]. 北京: 電子工業出版社，2010.

[8] 段鋼. 加密與解密[M]. 北京: 電子工業出版社，2008.

[9] 胡友鍵, 等. 全球定位系統GPS原理與應用[M]. 北京: 中國地質大學出版社，2003.

[10] 岡薩雷斯. 數字圖像處理[M]. 北京: 電子工業出版社，2007.

[11] 陳文欽. BIOS研發技術剖析[M]. 北京: 清華大學出版社，2001.